Пластинчатый сепаратор аэрозоля

Изобретение относится к устройствам для очистки газовых сред от аэрозоля туманов, конденсационные частицы которых не превышают 1 мкм, и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где в технологических или вентиляционных процессах необходима подобная операция. Сепаратор состоит из корпуса с патрубками для ввода аэрозоля и вывода очищенного газа, стабилизирующих конфузоров, сеток - укрупнителей мелких капель, бункера сбора осажденного коагулята, осадительных элементов. Осадительные элементы компонуют из тонких металлических пластин, собранных параллельно с щелевым зазором h=4 мм, расположенных вертикально, обеспечивающих развитый турбулентный режим течения Re_Dэ≥4800 очищаемого газа. Отношение длины осадительного элемента к эквивалентному диаметру зазора L/D_э=250. Устройство обеспечивает высокую эффективность сепарации. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для очистки газовых сред от любых аэрозольных туманов, размеры конденсационных частиц которых относятся к классу высокодисперсных образований, в частности аэрозоля диоктилфталата, интегральное распределение частиц которого находится в диапазоне 0,2-0,7 мкм, но может быть также использовано для улавливания тонко- и грубодисперсных частиц.

Изобретение применимо при очистке вентиляционных и технологических выбросов.

Основными задачами при проектировании таких аппаратов являются повышение эффективности очистки и снижение их габаритных размеров.

Эффективные способы очистки упомянутых сред от взвеси путем фильтрации в волокнистых фильтрах сложны и порой затруднительны в отношении эксплуатации и, кроме того, требуют периодической замены элементов. В них чаще всего невозможен возврат в производство ценного продукта.

Известны конструкции устройств для очистки газовых сред от капельных аэрозолей с весьма невысокой эффективностью и высоким аэродинамическим сопротивлением /Ужов В.Н., Мягков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами. - М.: Химия, 1970. - С.107-122./ [1]. При высокой же эффективности могут применяться электрофильтры, которые конструктивно сложны, громоздки и дороги /Внутренние санитарно-технические устройства: В 3 ч. / [В.Н.Богословский и др.]. Под ред. И.Г.Староверова, Ю.И.Шиллера. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1990. - (Справочник проектировщика) Ч. 3: Вентиляция и кондиционирование воздуха: [В 2 кн.], кн.2/ [В.Н.Богословский и др.] - 1992, - 378с./ [2].

Опытные исследования и практика показали, что в подобных случаях очень эффективным является способ осаждения взвесей путем турбулентной коагуляции частиц.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки воздуха (или какого-либо другого газа) от жидких аэрозольных частиц. Устройство выполнено в виде трубы Вентури, содержащей осадительные элементы в виде прямоточных, вертикально установленных металлических трубок с острыми входными кромками, установленных в горловине трубы Вентури /А1 1212516 RU 4, В 01 D 47/10. Устройство для очистки воздуха от тумана пластификаторов / Бакрунов Г.А., Тюрин Н.П., Щибраев Е.В. (Куйб. ордена “Знак Почета” инж.-строит. ин-т им. А.И.Микояна). - №3734360/23-26. Заявл. 21.04.84 // Открытия. Изобретения. - 1986. - №7./ [3].

Это устройство имеет ряд существенных недостатков конструктивного и аэродинамического характера. При очистке значительных объемов газа количество трубок в осадительном пакете может достигать многих тысяч штук, что делает очистное устройство сложным в изготовлении, тяжелым и дорогим, особенно при применении трубок из цветного металла.

Технической задачей изобретения является упрощение и удешевление конструкции очистного устройства и повышение эффективности очистки. Техническая задача изобретения решается тем, что в известном устройстве в качестве осадительных элементов используют расположенные вертикально тонкие металлические пластины, которые компонуют в плоскопараллельный пакет с щелевыми зазорами h между пластинами (шириной h=4 мм). Такой размер принят, исходя из масштаба турбулентности, при котором наиболее эффективно осаждаются частицы субмикронных размеров, что подтверждается нашими опытами и опытами зарубежных исследователей по осаждению субмикронных частиц в трубках диаметром d_вн≤8 мм.

По данным зарубежной и отечественной информации в области турбулентного переноса и осаждения частиц аэрозоля известно, что частицы его оседают в каналах любого профиля, и что эффективность осаждения η зависит в основном от скорости движения V аэрозоля и отношения протяженности осадительного канала L к его эквивалентному (гидравлическому) диаметру D_э-L/D_э. Опыты показали, что при L/D_э=250 эффективность осаждения частиц аэрозоля составила не менее 97%. Очевидно, увеличение значения числа Re позволит достичь еще более высокой эффективности очистки. Отмечается также большая эффективность при вертикальном, чем при горизонтальном или наклонном положении осадительного канала.

Известно, что для высокоэффективного осаждения частиц аэрозоля движение газа в трубках должно быть развитым турбулентным, то есть при числах Рейнольдса Re_D≥10000-12000, в плоских каналах при Re_Dэ≥4800 (Re_Dэ - эквивалентный диаметр канала). Следовательно, в плоских каналах длина начального L_H будет в 2-2,5 раза короче, чем в круглой трубке при одинаковых прочих характеристиках. Это условие позволяет сократить длину осадительного канала L и, следовательно, габаритный размер очистного устройства.

С целью равномерного распределения потока в осадительном канале патрубок ввода очищаемого газа принят в виде канала равномерной раздачи 2.

В предлагаемом устройстве с целью защиты от уноса предусмотрено снижение скорости газа за счет расширения каналов транспорта на выходе, где последовательно установлены два стабилизирующих конфузора 4 и сетки 5 с живым сечением f_жс≥80% - укрупнители капель коагулята. Кроме того, конструктивные размеры осадительного бункера а/А=1,3, b/A=1,3, с/А=0,8 также приняты из условия, обеспечивающего отсутствие каплеуноса. Роль стабилизирующих конфузоров 4 сводится к тому, что в них происходит стягивание линии тока, в силу чего взвешенные частицы отстают от несущего газа и отклоняются от линии тока в сторону стенок, по которым они стекают в поддон. Угол раскрытия стабилизирующих конфузоров 4 2α =15° , выбран, исходя из условий минимального гидравлического сопротивления. Снижение гидравлического сопротивления позволяет увеличить эффективность сепарации за счет увеличения скорости течения газа.

На фиг.1, 2, 3, 4 представлены соответственно продольный разрез пластинчатого сепаратора, общий вид пластинчатого сепаратора, поперечный разрез пластинчатого сепаратора, расположение осадительных элементов - металлических пластин.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Пластинчатый сепаратор аэрозоля содержит, как показано на фиг.1 и фиг.2, корпус 1, в верхней части которого располагается воздуховод равномерной раздачи 2 для подвода очищаемого газа. На фиг.1, фиг.3, фиг.4 показано расположение осадительных пластин 3. На фиг.1 и фиг.3 показаны стабилизирующие конфузорные патрубки 4 для вывода очищаемого газа. Сетки 5 и 6 и бункер сбора и отвода коагулята 7 показаны на фиг.1.

Устройство работает следующим образом: газ, подлежащий очистке, поступает в сепаратор через воздуховод равномерной раздачи 2, затем в щелевые каналы между осадительными пластинами 3, на стенках которых выпадает коагулят, стекающий вниз, и через сетки укрупнителя капель 5 поступает в бункер 7, а очищенный газ через сетку 6 и стабилизирующие конфузорные патрубки 4 удаляется из пластинчатого сепаратора.

Проведенный авторами анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что авторы не обнаружили аналог, характеризующийся признаками заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “новизна”.

В обнаруженной информации отсутствуют сведения об указанном техническом результате, следовательно, данное техническое решение удовлетворяет критерию “изобретательский уровень”.

Критерий изобретения “промышленная применимость” подтверждается тем, что может быть использовано в промышленности, а именно для очистки вентиляционных выбросов от тумана пластификаторов, содержащих диоктилфталат при производстве поливинилхлоридной пленки.

Преимущество изобретения состоит в том, что реализация предлагаемого устройства позволяет значительно упростить его конструкцию и создает предпосылки для увеличения эффективности сепарации аэрозоля. Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство для очистки газовых сред от жидких аэрозольных частиц имеет существенное отличие в виде осадительных пластин.

Источники информации

1. Ужов В.Н., Мягков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами. - М.: Химия, 1970. - С.107-122.

2. Внутренние санитарно-технические устройства: В 3 ч. / [В.Н.Богословский и др.]. Под ред. И.Г.Староверова, Ю.И.Шиллера. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1990. - (Справочник проектировщика). Ч. 3: Вентиляция и кондиционирование воздуха: [В 2 кн.], кн.2/ [В.Н.Богословский и др.] - 1992, - 378 с.

3. А1 1212516 RU 4, В 01 D 47/10. Устройство для очистки воздуха от тумана пластификаторов / Бакрунов Г.А., Тюрин Н.П., Щибраев Е.В. (Куйб. ордена “Знак Почета” инж.-строит. ин-т им. А.И.Микояна). - №3734360/23-26. Заявл. 21.04.84 // Открытия. Изобретения. - 1986. - №7.

1. Пластинчатый сепаратор аэрозоля, состоящий из корпуса с патрубками для ввода аэрозоля и вывода очищенного газа, стабилизирующих конфузоров, сеток - укрупнителей мелких капель, бункера сбора осажденного коагулята, осадительных элементов, выполненных в виде тонких металлических пластин, скомпонованных в плоскопараллельный пакет с зазором между пластинами h=4 мм, расположенных вертикально, при этом отношение длины осадительного элемента к эквивалентному диаметру зазора L/D_э=250.

2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что патрубок ввода очищаемого аэрозоля выполнен в виде канала равномерной раздачи.

3. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что конфузоры выполнены с углом раскрытия 2α =15° .

4. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что сетки - укрупнители капель приняты с живым сечением f_жс≥80%.